WRF模式对渤海和黄海海面风预报误差分析

基于WRF模式的2019年24h、48h和72h预报结果,选取渤海、黄海8个浮标站位观测的海面10m风速和风向进行直接对比检验和误差统计分析。结果表明：(1)模式24h预报结果最优,随着预报时效的增长,预报值与实测值相关性下降,预报值离散度增大;(2)当实测风力在45级时,预报风速与实测风速平均偏差最小,两者在数值大小上吻合最好,随着风力增大(或减小),平均偏差和均方根误差增大;(3)不同风向条件下的风向平均绝对误差均在0°～30°,其中N向风时,风向平均绝对误差最小,其次为S和SW向,当实测风向为东向风时,WRF预报的风向误差最大;(4)不同海域而言,WRF对黄海海域风速风向的预报能力明显优于渤海海域,这主要是由于渤海海域的特殊地理位置导致,WRF模式对冷空气导致的大风过程的预报效果优于对台风导致的大风过程的预报。     

基于平稳与非平稳GEV模型的鄱阳湖流域极值降水模拟

论文基于鄱阳湖流域降水数据,采用平稳和非平稳GEV模型进行极值降水的模拟和分析。检测各站年最大1 d降水量序列（AMS1）的非平稳特征,将时间作为位置参数的协变量进行非平稳AMS1序列的GEV模拟。结果表明：1）鄱阳湖流域AMS1序列的形状参数基本均大于0,服从Fréchet分布;位置和尺度参数的空间分布较一致,形状参数则有差异。2）在较高重现期下由轮廓似然方法估计的置信区间比Delta方法更准确;重现水平的轮廓似然函数曲线在较高重现期之下呈较显著不对称性。3）不同重现期下的鄱阳湖流域极值降水等值线图的空间分布特征,与位置和尺度参数的分布图更为接近,与形状参数的差别则较大。4）基于非平稳GEV模型得到赣县站随时间变化的极值降水设计值,其在1951年的100 a一遇设计值到2010年下降为接近50 a一遇,预示着未来发生极值降水和洪灾的风险加大。     

北部湾水文气象极值参数研究

本文基于WRF海面风场动力模式、SWAN海浪模式和ECOM三维海流数值模式,计算了1992~2011年的热带气旋影响下,发现了波高极值与增水极值发生时刻的不一致性这一规律。北部湾百年一遇极值波浪、风速、海流和增水的特征值:百年一遇极值波高在北部湾南部最大,超过10.5 m,向北减小;极值周期的分布特征与极值波高相似,在北部湾南部最大,达到11.5 s,向北减小;百年一遇风速,在北部湾北部和南部有两个大值区,可以达到39 m/s,中西部相对较小;百年一遇极值流速,在北部湾四周较大,而东边较西边更大,海南岛的东方市附近超过了300 cm/s;百年一遇极值增水普遍超过160 cm,北部可以达到340 cm,呈现由北向南的递减特征。     

敦煌地区温湿度和日温差的极值特性研究

目的建立敦煌地区温度、相对湿度和日温差的年极值拟合模型。方法根据当地气象站台温度和相对湿度日记时值数据,连续统计若干年的三要素年极值,采用极大似然法建立各要素年极值的Gumbel模型,同时讨论值域有界类气象因素极值再现期的定义域。结果给出了敦煌地区温度、相对湿度和日温差年极值的Gumbel模型参数。结论敦煌地区各气象因素Gumbel模型位置参数和尺度参数,温度极大值分别为35.193,1.072℃,温度极小值分别为-20.085,1.945℃,相对湿度极大值为95.254%,2.471%,相对湿度极小值为5.837%,1.505%,日温差极大值为20.676,0.777℃,日温差极小值为1.398,0.593℃;相对湿度极大值、相对湿度极小值和日温差极小值的再现期定义域分别为6.3,47和10年。     

二维多箱模型预测大气环境方法的研究

采用二维多箱模型对石家庄市区大气污染物ＳＯ２进行了计算,分别计算了４个风向的各子箱污染物浓度,然后按其风向频率加权取和得到平均浓度。把计算结果与地面监测值和１９９４－０１中国环境科学研究院的高空航测值进行了比较分析后发现。多箱模型预测大气环境比单箱模型和其它预测方法产生的误差要小。     

东沙群岛附近海域风候特征分析

目的利用近22年的CCMP(Cross-Calibrated,Multi-Platform)风场资料,对东沙群岛海域的风候特征进行深入研究,为军地海洋建设提供科学依据。方法利用具有高精度的CCMP风场资料,统计分析近22年期间东沙群岛附近海域的风候特征。结果东沙群岛附近海域的海表风速呈"W"状双峰型月变化。峰值出现在11、12和1月期间,海表风速在9 m/s左右,次峰值位于6月,海表风速在6 m/s左右,东沙海域的年平均风速为6.5 m/s。东沙海域的海表风速表现出"U"型日变化特征。东沙附近海域的风速主要分布于3~5级,即3.4~10.7 m/s之间,1月的大风频率明显高于7月。1月和10月,东沙附近海域的风向以NE向为主,7月受西南季风影响显著,风向以S-SW向为主,4月风向则以ENE和SSE向为主。从全年来看,风向以偏东北向为主,S-SW向居其次。在近22年期间,东沙海域的海表风速整体上以0.0424 m/(s·a)的速度显著性逐年线性递增。结论运用高精度的CCMP风场资料,通过统计分析方法得到了东沙群岛海域的风候特征,对军地海战场环境建设具有科学支持作用。     

不同统计方法对高原和高纬度地区低温极值结果的影响

目的 研究不同统计方法下高原和高纬度地区低温极值的特征。方法 利用高原和高寒地区国家级地面气象观测站2010～2020年间的小时温度数据,研究不同严酷月基准条件下两地低温工作极值的变化情况。结果 3种严酷月基准条件下,高原地区低温严酷月相同,工作极值没有发生变化;高纬度地区低温严酷月发生变化,导致工作极值最大差值达到3.2℃。另外,3种条件下高原地区的低温工作极值均高于高纬度地区。结论 装备在典型地区服役过程中的环境工作极值统计应明确严酷月基准条件。     

春季中国近海海表大气中六氟化硫的分布特征

基于2017年春季黄-东海航次,在我国南黄海和东海海域开展了海表大气中六氟化硫离散采样和测定工作。结果显示,观测期间,黄-东海海表大气中六氟化硫摩尔分数范围为（9.5~14.0）×10-12,平均值为（10.5±1.3）×10-12,总体呈近岸高,远岸低的分布特征。结合现场风速和风向数据及后向轨迹模拟计算分析可得,受短距离和低空陆源气团输送的主导影响,东海东北部和西南部六氟化硫摩尔分数较高。受长距离或来自太平洋地区气团输送的主导影响,南黄海和东海西北部及东南部海表大气六氟化硫摩尔分数较低且分布均匀。本研究所获数据和结论将有助于更深入准确地研究本海域其他大气成分的时空分布特征和调控机制。     

具有趋势变异的非一致性东江流域洪水序列频率计算研究

世界众多江河洪水序列形成的环境背景“一致性”已不复存在,传统极值流量分析的“极值理论”需修正。东江流域变化环境后,龙川和河源站年最大日流量序列M-K检验通过0.01 显著水平,呈下降趋势。采用时间变化矩模型对年最大日流量序列作非一致性处理,选择5 种分布线型、8 种趋势模型共40 种模型进行比较。结果表明,龙川站对数正态分布搭配CP趋势（均值和标准差相关且具有抛物线趋势）模型、河源站Gumbel分布搭配CP趋势模型拟合效果最优。水文情势变化后,传统洪水重现期概念应该被修正。基于传统频率分析方法得到的100 a 一遇洪水设计值,均表现出其重现期由水利工程建设前小于100 a 一遇变化到2000 年后的大于400 a 一遇,而非100 a 一遇。若仍采用传统方法计算,两站均会高估设计洪水量级。非一致性背景下,推荐考虑现状时间基点下的洪水设计值。     

变化环境下北江流域水文极值演变特征、成因及影响

选用8种概率分布函数,系统分析北江上游犁市和下游石角2站的水文极值流量。以极大似然法估计函数参数,采用K-S、A-D、ABS和AIC拟合优度方法选出变化环境前后最优分布函数。并对水文极值流量变化规律及其影响作了有益探讨。结果表明:1991年后流域下垫面植被减少是造成年最大流量显著上升的主要原因。犁市站极值流量厚尾分布拟合最好,石角站薄尾分布拟合最优,变化环境前后洪水频率最优分布线型基本一致,但流量增大造成分布参数改变已导致分布线型高水尾部特性变陡,相应设计流量偏大。用水文情势发生变化前估计的洪水重现期往往不能很好地描述变化后洪水频率特征。北江上游及时修建防洪水利工程对减轻中下游的防洪压力尤为重要。     

风向对街谷内颗粒物扩散的DPM数值模拟研究

该文基于CFD软件,建立城市街道峡谷颗粒物扩散的三维模型,采用标准k-ε两方程模型模拟城市街谷内的连续气流场,在此基础上采用离散相模型(DPM)对高宽比为2的街谷内颗粒物浓度场进行了数值模拟,给出了不同风向下空气流场和迎风壁面、背风壁面以及人体呼吸高度处街谷颗粒物浓度的分布。计算结果表明,风向对街谷壁面颗粒物浓度的分布有着显著影响:0°风向下风速为0.4m/s时,街谷壁面颗粒物积累浓度最大,流场呈现出明显的二维特性,不利于颗粒物扩散;其次是45°风向2 m/s风速;90°风向下风速为6m/s时最有利于街谷颗粒物浓度的扩散。外部大气湍流的驱使使得垂直风向街区内产生强烈漩涡,导致相同风速下街谷背风壁面颗粒物浓度均高于迎风壁面颗粒物浓度。     

基于门限极值理论的湖泊水质参照状态的确定

在前人工作的基础上,利用门限极值的广义Pareto分布理论和超出阈值峰(Peak Over Threshold,POT)方法,提出了一种确定湖泊参照状态浓度的新方法.该方法不仅能够给出更为精确的置信区间,而且克服了广义极值分布理论取用数据浪费等缺陷.将该方法应用到太湖的水质基准参照状态中,通过POT方法对太湖8个站点1995~2006年总氮(TN),总磷(TP)和叶绿素a(Chl-a)的数据进行预处理,分别以-1.0mg/L, -0.05mg/L与-4μg/L作为它们观测值相反数的门限值,结果表明观测值的相反数符合广义Pareto分布,验证了方法的可行性.推荐采用25%分位点的值作为太湖总氮,总磷和叶绿素a的参照状态,即太湖的参照状态是:总氮0.66mg/L;总磷0.023mg/L;叶绿素a为1.27μg/L.最后分别得出了它们各自的95%置信区间,而且其精度明显高于广义极值分布理论结果.     

北方农牧交错带降水极值变化空间特征

农牧交错带是我国生态环境脆弱带,以109个气象站1971～1998年间的逐日降水资料,分析了农牧交错带年降水量、侵蚀性降水及暴雨等方面降水极值的时间变化及空间分布。结果显示农牧交错带平均每年发生侵蚀性降水的日数在3.5～17.6d之间,暴雨日数在0～2.6d之间;大部分地区的年降水量、侵蚀性降水量及暴雨量等都呈现不同程度的增加趋势,但暴雨量以及侵蚀性降水量等降水极值指标增加趋势更明显,反映出多数地区降水强度增加、降水侵蚀的潜在能力增强的特征;局部地区的降水极值呈减少趋势。     

1951-2010年珠江流域洪水极值序列平稳性特征研究

水文序列的平稳性假设是传统水文统计学方法在水文序列分析研究中的基本假设,随着气候变化与人类活动对地表水文过程的影响,这种假设往往存在问题,使水文分析得出误导性结论。以珠江流域28个测站1951—2010年年最大洪峰流量序列为例,用Pettitt方法结合Loess参考函数检验序列中均值和方差变异,用Mann-Kendall(MK)和Spearman法检测时间趋势性,用广义可加模型(GAMLSS)和长期持续效应等具体分析序列的平稳性。研究结果表明:1均值/方差变异主要集中在西江和东江流域,变异时间分别集中在1990年左右和1968—1987年间;2变异点的存在与否对序列趋势检验结果有重要影响,在考虑变异点前提下,珠江流域年最大洪峰流量序列基本无显著趋势性;3在GAMLSS模型中,对于不具有和具有突变点序列,Gamma分布均为选择次数最多的最优极值分布,不具有突变点序列分布参数θ1或θ2非平稳模型与平稳模型差距较小,具有突变点序列则相反;4统计上检测出具有突变点或者显著时间趋势性的测站,同样检测出高Hurst系数,反之亦然。Hurst系数估计因样本容量较小具有较大不确定性。东江流域受流域内水利工程的剧烈影响,尽管检测出高Hurst系数,但仍认定为非平稳序列;西江干流主要受支流汇流和气候变化影响,高Hurst系数表明其水文过程可能是长期稳定过程中局部波动的结果。     

核电厂温排水融冰预测及影响评估

渤海辽东湾附近海域在严寒季节海冰分布广泛,核电厂向受纳海域排放的温排水带有大量乏热,将导致海域内水温升高而引起海冰融化。某核电厂址西侧海域有一斑海豹国家自然保护区,电厂温排水及其融冰效应可能影响斑海豹的生存、繁殖环境。文章根据核电厂温排水融冰模型对其融冰量的预测和环境影响分析,表明了电厂温排水对斑海豹保护区的影响是在较小范围内的。     

边界入流风场扰动对模拟城市大气扩散的影响

借助计算流体动力学(CFD)模式Fluent分析中性层结下边界入流风场(即风速和风向)扰动对地面点源释放情景下城市大气扩散过程的影响,其中边界入流条件以风速和湍流动能廓线的形式给出.研究发现CFD模式能够合理刻画实际城市中的特征流型(如涡旋,峡谷效应等),而且模拟的风速、风向和湍流动能均与观测数据吻合较好.敏感性试验结果表明,城区内的流场和湍流以及与之密切相关的污染物空间分布对边界入流风速和风向的扰动十分敏感.而这可能是造成已有研究中浓度模拟值与观测值不一致的主要原因之一.因此,在模拟城市大气扩散过程时应当考虑边界入流风场不确定性对模拟结果的影响.     

基于支持向量机的绿潮灾害影响因素的权重分析

根据2012~2013年南黄海海域绿潮浒苔遥感监测分布面积数据及温度、天气状况、风向、风力、浪高5个影响绿潮浒苔扩散的气候因子,建立了相应的支持向量机回归模型.通过模型中各影响因素权重的变化分析绿潮灾害的发展过程,并与传统的单因素分析法进行对比,支持向量机回归更能准确得出各影响因素的权重及权重的变化规律.通过对权重变化规律的分析,给出在绿潮发生过程中漂浮、爆发和消亡阶段的划分依据.     

漠河低温工作极值及其统计方法探讨

为提高漠河试验站低温工作极值统计的准确性,推进低温工作极值在装备低温环境适应性评估中的应用.以最低温度、平均温度、小于–35℃的天数为基准条件,分别统计了漠河不同年份的低温工作极值,研究了基准条件、统计年份、数据缺失情况对严酷月确定和工作极值的影响.基准条件、统计年份、数据缺失都会影响严酷月的确定和低温工作极值的统计,统计年份的影响比基准条件大,数据缺失影响的严重性需要看数据缺失的多少和时间段.工作极值结果至少包括数据年限、基准条件、严酷月、时间风险率、与时间风险率对应的工作极值等内容.1991—2005年,时间风险率为1％、5％、10％、20％、30％的最低温度工作极值分别为:–44.0、–40.7、–38.1、–35.6、–33.6℃.     

贵州降雨变化趋势与极值特征分析

利用1961—2004年逐日降雨资料,分析了贵州降雨强度、无雨天数、极值降雨的变化趋势及空间分布特征。利用Mann-Kendall法与反距离权重插值法对贵州近44年降雨时空变化趋势进行了分析。利用Gumbel分布拟合最大日降雨量的概率分布特征,并利用极大似然法进行分布参数估计,推求了极端(50年,百年一遇)降雨情形。结果表明,贵州近44年来汛期有雨日降雨强度、最大日降雨量、连续3日、5日、7日无雨的出现频率呈现明显的上升趋势;最大日降雨总体由南向北减少,连续无雨天气出现频率的增加幅度空间分布总体呈东高西低的趋势。     

完整物理过程下南黄海浮游生态动力学数值研究I.模型建立

为了对南黄海进行生态动力学模型研究,不但需要选取合理的生态变量和生化过程及过程参数,而且还需要模型能够客观地再现该海域关键的物理过程.在建立波浪-环流-潮流共同作用的中国近海水动力模型的基础上,建立完整物理过程下的南黄海三维浮游生态动力学模型,旨在通过数值模拟认识南黄海的生态动力特征,并探讨关键的物理过程对生态的影响,特别是潮流和波浪混合对浮游植物时空分布的作用机制.本文先给出理论模型及模型配置.